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存在問(wèn)題
上海的一幢88層高樓,鍋爐房?jī)?nèi)裝有德國(guó)ROS公司的蒸發(fā)量各為1Ot/h的4臺(tái)鍋爐,隨鍋爐帶來(lái)除氧器。該除氧器加熱蒸汽用1臺(tái)DN80渦街流量計(jì)測(cè)量,儀表投入運(yùn)行后,發(fā)現(xiàn)流量示值比理論值高150%~170%。
檢查與分析
鍋爐的除氧器是用蒸汽將進(jìn)水加熱到規(guī)定溫度,于是水中氧的飽和溶解度相應(yīng)減小,從而達(dá)到除去水中部分氧的目的。
國(guó)產(chǎn)鍋爐除氧器,蒸汽是從除氧器下部引人,進(jìn)水從除氧器上部引人,汽和水在除氧器內(nèi)的篩板段進(jìn)行熱量傳遞和質(zhì)量傳遞。這樣的結(jié)構(gòu)形式,對(duì)除氧器蒸汽流量計(jì)量毫無(wú)影響。
但是本實(shí)例中所述的除氧器卻是另一種情況。該除氧器加熱方法是在臥式熱水箱接地底部的高度橫臥一根蒸汽噴管,在噴管上密密麻麻打了很多小孔,全部蒸汽均從這些小孔中噴出同周圍的水接觸,完成熱量傳遞,并帶著水中的氧上升,浮出水面,達(dá)到除氧目的。其蒸汽流量計(jì)量和和加熱系統(tǒng)如圖所示。
這種結(jié)構(gòu)的除氧器對(duì)蒸汽流量計(jì)量帶來(lái)嚴(yán)重威脅。因?yàn)檎羝麖男】字袊姵龊?,馬上同溫度較低的水接觸,導(dǎo)致汽泡破裂,仿佛水箱底部每秒都有許多小氣球在爆破。這種爆破產(chǎn)生的流動(dòng)脈動(dòng)經(jīng)蒸汽管路反向傳遞到安裝在上游的渦街流量計(jì),使流量計(jì)示值比熱平衡計(jì)算得到的理論值高150%-170%,顯然,問(wèn)題是嚴(yán)重的。后在流量計(jì)與除氧器之間加裝了一臺(tái)阻尼器,使汽泡破裂產(chǎn)生的脈動(dòng)在阻尼器中得到衰減.阻尼器投入運(yùn)行后,不僅流量計(jì)示值與理論計(jì)算值基本符合,而且管道振動(dòng)也明顯減小。為了解決安裝空間問(wèn)題,阻尼器結(jié)構(gòu)采用管道式,如圖所示。
在設(shè)計(jì)蒸汽(氣體)阻尼器時(shí),兩個(gè)氣罐容積大小和限流管內(nèi)徑的設(shè)計(jì)是關(guān)鍵,因?yàn)槿莘e太小,阻尼效果不好,而容積做大,效果好了,但體積和成本均增大。限流管的內(nèi)徑也如此,管徑取得太大,阻尼效果不佳,而管徑取得太小,阻力大,壓損大。因此需合理計(jì)算。
不僅給出了阻尼器的推薦形狀,還給出了在不同流量條件下阻尼器的尺寸,如表5.1所示。該資料中計(jì)量單位為英制,表5.1中已換算成公制。
流量qs/×100m3/h | 罐直徑D1/mm | 阻尼管直徑D2/mm | 長(zhǎng)度L/mm |
35 | 400 | 38 | 950 |
35~127 | 600 | 50 | 850 |
127~200 | 750 | 80 | 1000 |
討論
(1)浴室蒸汽流量計(jì)量中也有類似情況
大多數(shù)浴室、浴場(chǎng)都是采用蒸汽通入水箱直接加熱的方法,蒸汽與周圍的水接觸產(chǎn)生劇烈的振動(dòng)并發(fā)出強(qiáng)烈的噪聲。蒸汽在噴嘴處的脈動(dòng)經(jīng)介質(zhì)逆向傳遞到流量計(jì),引起流量示值偏高。如果流量計(jì)選的是渦街流量計(jì),則偏高尤為明顯,特別是在蒸汽流量較小時(shí)。這與本實(shí)例中所討論的除氧器水箱情況相似。
(2)流動(dòng)脈動(dòng)對(duì)渦街流量計(jì)的影響
①脈動(dòng)頻率的影響
在分析流動(dòng)脈動(dòng)對(duì)渦街流量計(jì)影響時(shí),脈動(dòng)頻率是重要參數(shù)。起決定性作用的是脈動(dòng)頻率與旋渦剝離頻率之比值,當(dāng)此比值較小時(shí),具有近似的穩(wěn)定流特性,旋渦剝離頻率隨流速變化,斯特羅哈爾數(shù)或校準(zhǔn)常數(shù)不變。
當(dāng)脈動(dòng)頻率可與旋渦率相比,在(渦街頻率)脈動(dòng)頻率相同(fv=fp)或一半 時(shí),就出現(xiàn)旋渦剝離周期被鎖定的強(qiáng)烈趨勢(shì),在鎖定條件下,流量輸出不可靠,靠,流量指示誤差可高達(dá)80%。當(dāng)脈動(dòng)頻率大大高于旋渦剝離頻率時(shí),無(wú)明顯的鎖定現(xiàn)象,但斯特羅哈爾數(shù)變化,其后果是穩(wěn)定流校準(zhǔn)數(shù)據(jù)明顯偏離,達(dá)到10-1的數(shù)量級(jí)。
關(guān)于流速脈動(dòng)幅 的試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明,此幅值不能超過(guò)20%。關(guān)于脈動(dòng)頻率的限定,在zui低流速時(shí),脈動(dòng)頻率應(yīng)小于旋渦剝離頻率的25%。
②用渦街流量計(jì)側(cè)量脈動(dòng)流流量
采取合適的阻尼方法將脈動(dòng)衰減到足夠小的幅值(通常為3%),是用渦街流量計(jì)測(cè)量脈動(dòng)流流量的zui常用也是zui有效的方法。但當(dāng)經(jīng)過(guò)努力脈動(dòng)幅值仍高于3%,則可對(duì)測(cè)量不確定度進(jìn)行估算,然后對(duì)誤差進(jìn)行校正。
③測(cè)量不確定度的估算
如果fv/fp<0.25而且 ,測(cè)量不確定度約1%。
如果fv比f(wàn)p高得多,但無(wú)明顯的鎖定現(xiàn)象,流速脈動(dòng)幅值在0.1~0.2之間,則誤差可能為流量示值的10-1的數(shù)量級(jí)。
(3)為什么流量小的時(shí)候影響大
前面關(guān)于流速脈動(dòng)幅值 不能大于20%的限值,是個(gè)很重要的數(shù)量概念,它是流速脈動(dòng)分量均放根值U′rms與軸向時(shí)均流速 之比。U′rms變化時(shí),該比值也變化。在U′rms為一定值的情況下,若 較大, 可能小于20%,但若 較小,相同的U′rms值,U′rms/U就可能大于20%,進(jìn)而嚴(yán)重影響蒸汽流量計(jì)示值。
(4)改進(jìn)方法
渦街流量計(jì)是受流動(dòng)脈動(dòng)傷害zui嚴(yán)重的流量計(jì),如果在水箱加熱蒸汽流量計(jì)量系統(tǒng)中已經(jīng)安裝了渦街流量計(jì),則可像5.3.2條的方法增設(shè)阻尼器,將脈動(dòng)的幅值衰減到足夠小,以基本消除其影響.如果水箱加熱蒸汽流量計(jì)量系統(tǒng)還在設(shè)計(jì)階段,則建議不要選用渦街流量計(jì),而選用差壓式流量計(jì)。
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